引言

Hiroshi Sakaguchi 团队在《Nature Communications》（2024 年，影响因子 17.694，自然科学领域 TOP 期刊）发表研究，针对传统超高真空（UHV）高温表面合成石墨烯纳米带（GNR）存在的官能团易分解、仅能单层生长等瓶颈，开发出电化学表面合成创新技术，实现强给电子 GNR 的低温多层制备，为 GNR 在催化、电子器件等领域的规模化应用奠定基础。

摘要 Abstract

传统超高真空（UHV）高温表面合成石墨烯纳米带（GNR）面临官能团热分解（300-500℃）、仅能单层生长的局限，制约其规模化应用。本研究开发电化学表面合成技术，利用液 - 固界面双电层（EDL）中的氧化还原反应，以不对称前驱体 2 - 丁氧基萘为原料，在 < 80℃低温下实现异手性双阳离子聚合与氧化脱氢，成功制备出含丁氧基取代基的扶手椅型 5-AGNR。该技术突破多层生长限制，所制备的 GNR 具有给电子性能（氧化电位低于 TTF），其硅刻蚀催化速率（2.0μm・h⁻¹）优于金等贵金属，且展现优异光电导性能（ON/OFF 比 1.68）。该方案为功能化 GNR 的规模化制备与多场景应用提供了新路径。

实验方法

电化学表面合成

在手套箱中制备样品溶液：将 5 毫摩尔（mM）2 - 丁氧基萘与 100 毫摩尔（mM）四丁基六氟磷酸铵溶于邻二氯苯（o-DCB）中。工作电极选用尺寸为 0.5×1.0 平方厘米的金（111）、碘修饰金（111）及氧化铟锡（ITO）电极；对电极与参比电极分别采用铂丝和银丝。将样品池置于加热板上，加热至 80℃并持续搅拌，通过配备 NF 公司 Wave Factory WF1974 型函数发生器的堀场电化学系统（Huso Electro Chemical System）HECS 990 C 型电位仪施加电压脉冲。

电吸收测量

在电吸收电池中，氧化铟锡（ITO）电极间夹有一片 250 微米厚的塑料垫片（补充图 12）。为开展电吸收光谱测试，向电池中注入 50 微升样品溶液，采用 Lambda Vision LVmicro SUV-100S-NIR型光学吸收光谱仪完成测试（图 3a、c，补充图 13、14）。测定电位依赖性电吸收时，施加 0.5 伏至 3 伏的不同电压，每个电压条件维持 15 秒（补充图 13）；测定电吸收时间曲线时，施加 2.5 伏电压持续 25 秒（补充图 14），从测试开始记录至 55 秒。

结论

成功开发电化学表面合成技术，通过双电层介导的异手性双阳离子聚合，实现了强给电子 GNR 的低温（<80℃）多层制备，解决了传统 UHV 高温合成的官能团分解与单层生长瓶颈。所制备的 GNR 在硅刻蚀催化（速率优于贵金属金）与光电导领域表现出优异性能，为功能化 GNR 的规模化生产及在半导体光刻、光电子器件等领域的应用提供了创新方案，有望推动 GNR 材料的实用化进程。